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化学工业快速发展,排放到环境中的有毒有害物质急剧增加,对生物圈产生各种各样的毒性效应,给生态系统和人类健康造成严重威胁,迫切需要建立合适的方法对废水的综合毒性进行评价,以反映其对人类及其他生物的危害。微生物传感器是近年来发展起来的可以对环境中有毒有害物质进行毒性测试的新方法,本文依据有毒物质抑制微生物呼吸活性的原理,利用固定化微生物膜作为生物敏感元件,极谱型溶解氧电极作为换能器组成毒性微生物传感器,实现了对水体中有毒物质生物毒性的快速测试。
从远离污染源的苗圃土壤中分离、筛选出一株对污染物生物毒性较为敏感的菌株X4,并通过菌株形态结构特征的观察、生理生化试验和16S rDNA序列分析对其进行了鉴定,结果显示,菌种X4与多株芽孢杆菌(Bacillus simplex)的细菌相似性最高,序列相似性达到99%。通过试验可知,X4的最适生长温度为30℃,最适生长pH为7~8,最适生长条件下X4菌生长24~26 h达到稳定期,因此确定X4用于传感器固定化膜的最佳培养时间为24~26h。
分别以X4菌、大肠杆菌、地衣芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、多粘类芽孢杆菌、铜绿假单胞菌、异常汉逊酵母异常变种(1265)和异常汉逊酵母异常变种(1437)为实验菌株,制备固定化微生物膜,组装成毒性微生物传感器,测试HgCl2对不同菌株好氧呼吸活性的影响。结果表明,铜绿假单胞菌能够利用HgCl2; HgCl2对X4菌、枯草芽孢杆菌、大肠杆菌的呼吸活性有一定的抑制作用,且对X4菌的抑制程度最强;其它菌种对HgCl2响应不敏感。因此,选择出一株对污染物生物毒性最敏感的菌株X4菌。
以X4菌作为分子识别元件,使用0.45μm纤维素微孔滤膜,采用夹层法制备微生物膜并与极谱型氧电极组成毒性微生物传感器。通过试验选择了传感器的最佳工作条件,确定了传感器的毒性抑制分析时间为15 min,并对传感器的性能进行了性能测试。实验表明:传感器的最佳工作温度为30℃,测试底液的最佳pH范围为7.0~7.5,底液中GGA的最佳浓度为20 mg/L;以HgCl2作为参比毒物时,微生物传感器的标准曲线为y=1.0547 x+0.2108,线性相关系数为0.9933,线性范围为0.1~1.97mg·L-1。
试验考察了用于毒性测试的微生物传感器的固定化菌膜的保存时间及活化方法。用于制作微生物传感器的固定化菌膜的保存时间能达到30d,在加有GGA的磷酸盐缓冲溶液中活化,固定化菌膜的活化时间为1~2 d。
用制成的微生物传感器测试制药废水和垃圾渗滤液的毒性,并以HgCl2为标准毒物绘制微生物传感器的标准曲线,通过计算得到制药废水的毒性相对于HgCl2的质量浓度为1.813 mg·L-1,垃圾渗滤液的毒性相对于HgCl2的质量浓度为0.093 mg·L-1;此结果再与急性毒性分级标准对照,结果显示,石药集团欧意药业综合废水的毒性属于剧毒;垃圾渗滤液的毒性属于重毒。